ロータリーエンコーダとは

スタート位置からロータリーエンコーダを1回転させた場合の信号の変化を比較してみます。
内側から色を数字に直すと
　０の位置：０００
　１の位置：００１
　２の位置：０１０
　３の位置：０１１
　４の位置：１００
　５の位置：１０１
　６の位置：１１０
　７の位置：１１１
これで回転を数値に置き換えることができそうですが、実際にはこの方法だとうまくいきません。
たとえば１と２のちょうど境目になっているとき、００１か０１０のどちらかになっていれば良いのですが、切り替わるタイミングは微妙にずれてしまいます。
外側が先に切り替わると０００になり、真ん中が先に切り替わると０１１になります。
０と７の境目だと０～７のすべての信号になってしまう可能性があります。

そこでアブソリュート型エンコーダではグレイコードと呼ばれる配置が使用されます。
グレイコードでは隣り合う番号でセンサ値が変わるのは1ヵ所のみになるように設計されています。
 
０の位置：０００
１の位置：００１
２の位置：０１１
２の位置：０１０
２の位置：１１０
２の位置：１１１
２の位置：１０１
２の位置：１００
例えば１と２の境目では００１か０１１のどちらかにしかならないのでおかしな値が出てくることはなくなります。

これがアブソリュート型のエンコーダです。
センサの出力を見れば今の位置がすぐ分かるのですが、検出角度を細かくしようとすると構造が複雑になります。
例えば１度以下の角度で検出するために１回転を５１２分割したい場合、センサが９個必要になります。
同心円に９個もセンサを並べようとするとある程度直径が必要になります。
直径を抑えようとすると板を分けて３層構造などにしなければいけません。
構造が複雑なためセンサの価格も高くなります。
これに対してなるべく簡単な構造で作れるのがインクリメンタル型です。

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インクリメンタル型エンコーダ

基本的にインクリメンタル型の場合、０と１が交互に並ぶ板を１列分用意するだけです。
 
インクリメンタル型の場合、板を回転させると０から１へ、１から２へ変化させると回転したことは分かるのですが、何回変化したかをカウントしておかないと０、２、４、６の区別ができません。これがアブソリュート型との決定的な違いです。
このままでは開始位置が全く判別できないので、０の位置だけは検出できるようにＺ相と呼ばれる信号を使用する場合もあります。

この図の方法でもう一つ問題になるのは回転した方向が分からない事です。
１から２へ回転してても、１から０へ回転しても色の変化は白→赤で区別がつきません。
１と２の中間付近で１→２→１→２→１→２とガタガタ揺れていた場合、揺れているのか回転しているのかの判別できません。

そこでセンサーを２つ並べて使用します。
 
０から１へ動かした場合、先にセンサーＡが白から赤へ変化し、少し遅れてセンサーＢが白から赤へ変化します。
１から２へ動かした場合、先にセンサーＡが赤から白へ変化し、少し遅れてセンサーＢが赤から白へ変化します。
センサー1つの時は1周で色が8回変化することを検出していましたが、センサーが2つになると1周で16回変化することを検出します。


この場合、出てくる条件は
　Bが0の時、Aが0→1と変化した
　Aが1の時、Bが0→1と変化した
　Bが1の時、Aが1→0と変化した
　Aが0の時、Bが1→0と変化した
の4種類です。
反対向きへ回した場合はセンサーＢが先に反応することになります。


この場合、出てくる条件は
　Aが0の時、Bが0→1と変化した
　Bが1の時、Aが0→1と変化した
　Aが1の時、Bが1→0と変化した
　Bが0の時、Aが1→0と変化した
の4種類です。

これで回転方向の判別ができ、ガタガタ揺れているのか回転しているのかも判別ができます。


実際のインクリメンタル型ロータリーエンコーダは穴の開いた板とフォトインタラプタの組み合わせや、金属製のギアと磁気センサーの組み合わせ等も使用されます。


図の様に白い区間（０）、赤い区間（１）共に４つの場合
1周で1が出てくるのは4回なので、
０→１の変化のみをカウントすると１回転で４になります。
これに加え１→０の変化もカウントすると１回転で８になります。
センサを２つ並べて０→１も１→０も信号を検出すると１回転で１６になります。
従って０→１のみをカウントした場合に比べて信号が４倍になり、角度の分解能も４倍になります。
これを４逓倍（ていばい）と呼びます。

インクリメンタル型だと分解能を細かくしようとした場合、板の間隔を細かくするだけでセンサの数は変わりません。

車輪型移動ロボットのタイヤの回転を検出する場合、地面に対して車輪が滑ってみたり、そもそもタイヤの回転角度は大きな意味を持たず、スタートした時点から何回転したかの方が重要なのでインクリメンタル型が使用されます。